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Oszilloskop


2004 habe ich bei Ebay günstig ein Zweikanaloszilloskop, ein Philips PM 3240, bekommen. Auch einfache Oszilloskope mit einem Kanal und 5 cm Bildschirm bekommt man hier teilweise schon sehr günstig. Zum Anfang reichen diese allemal aus. Wer bei der Elektronik bleiben möchte, kann sich später ein gutes Zweikanaloszilloskop anschaffen. Empfehlenswert und bezahlbar sind z. B. Geräte von Philips oder Hameg.


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Das PM 3240


Ich habe mich eine ganze Zeit mit den Grundlagen des Oszilloskops beschäftigt. Vieles wird dadurch klarer. Die wichtigsten Dinge habe ich hier zusammengefaßt. Diese sind nicht nur für die Homepage, sondern auch für den eigenen Bedarf immer eine gute Hilfe!



Wozu ein Oszilloskop?

Ein Oszilloskop ist in der Elektronik ein wertvolles Meßgerät! Häufig habe ich von Laien gehört wozu ein Oszilloskop eigentlich noch gut sein soll, außer sich damit irgendwelche Spannungskurven anzusehen. Spannungskurven sind aber eines der wichtigsten Dinge in der Elektronik. Normale Meßgeräte wie z. B. Multimeter oder Frequenzzähler haben zwar eine höhere Anzeigegenauigkeit, sind aber für sinusförmige Wechselspannungen geeicht. Ist die Spannung nicht sinusförmig, sondern hat eine andere Form, so zeigen diese Geräte keine richtigen Werte mehr an! Nur mit dem Oszilloskop kann man die Spannungsform sofort erkennen und die Werte richtig messen!



Aufbau und Funktion

Das Oszilloskop enthält eine sogenannte Braunsche Bildröhre. Kernstück der Bildröhre ist die beheizbare Glühkathode, aus der die Elektronen austreten. Umgeben ist die Glühkathode vom Wehneltzylinder. Durch eine hohe positive Spannung, welche an die Anode gelegt wird, werden die Elektronen zur Anode hin beschleunigt. Sie bewegen sich danach weiter an den Ablenkplatten vorbei und treffen anschließend auf die Flourenszensschicht des Schirmes wo sie einen Leuchtfleck erzeugen.

Die Helligkeit des Leuchtflecks kann mit der Anodenspannung geregelt werden oder durch das Anlegen einer negativen Spannung am Wehneltzylinder. Da gleichartige Ladungen sich abstoßen (Elektronen sind negativ geladen), wird dadurch ein Teil der Elektronen in die Kathode zurückgedrängt, je nachdem wie hoch die negative Spannung am Wehneltzylinder ist.


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Aufbau der Bildröhre eines Oszilloskops


Zwischen der Anode und dem Wehneltzylinder befindet sich eine Fokussierelektrode. An diese wird eine positive Spannung gelegt, die aber kleiner ist als die Spannung an der Anode. Diese Spannung ist regelbar. Mit ihr kann der Leuchtfleck auf dem Schirm scharf gestellt werden.

Um ein Meßsignal, z. B. eine Spannung komplett darzustellen, muß der Elektronenstrahl über den Leuchtschirm bewegt werden. Das wird mit einer Spannung an den Ablenkplatten erreicht.



Die Ablenkplatten

Das Meßsignal selbst wird an die Y-Ablenkplatten gelegt. Handelt es sich z. B. um ein Sinussignal, so bewegt sich der Leuchtpunkt ständig auf und ab. Das geht so schnell, das man auf dem Schirm eine senkrechte Linie sehen würde.


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Bei einem Sinusmeßsignal an den Y-Ablenkplatten wird der Elektronenstrahl nur nach oben und unten abgelenkt, so daß auf dem Schirm eine senkrechte Linie erscheint.


Um ein Signal komplett abzubilden, muß der Elektronenstrahl auch in der horizontalen Richtung (X) bewegt werden! Das geschieht, indem an die X-Ablenkplatten eine Sägezahnspannung gelegt wird. Solange die Sägezahnspannung steigt, wird auch der Leuchtpunkt auf dem Schirm nach rechts bewegt. Gleichzeitig folgt der Leuchtpunkt auch der an den Y-Ablenkplatten anliegenden Signalspannung! Die Folge ist eine komplette Abbildung der an den Y-Ablenkplatten anliegenden Signalspannung z. B. einer Sinusspannung.


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Solange die Sägezahnspannung ansteigt, wird der Elektronenstrahl nach rechts bewegt. Dadurch kann ein Sinusmeßsignal an den Y-Ablenkplatten komplett dargestellt werden.


Nachdem der Leuchtpunkt den rechten Bildschirmrand erreicht hat, soll er wieder nach links versetzt werden um dort neu zu starten. Dies wird erreicht, indem die Sägezahnspannung steil nach unten in den negativen Bereich abfällt. Diese negative Spannung wird auf den Wehnelzylinder gegeben, wobei aus der Kathode dann kaum noch Elektronen austreten - der Leuchtpunkt wird unsichtbar. Man spricht hier auch von Dunkeltastung. Das ist wichtig, weil der Leuchtpunkt beim Rücklauf ansonsten als störende Linie erscheinen würde. Während der steil abfallenden Flanke der Sägezahnspannung bewegt sich der Leuchtpunkt also wieder nach links zurück. Nachdem die Sägezahnspannung erneut ansteigt, wird der Leuchtpunkt wieder nach rechts bewegt und so weiter.

Damit man allerdings ein stillstehendes Bild auf dem Schirm erreicht, muß die Periodendauer der Sägezahnspannung mit der des Meßsignals übereinstimmen oder ein ganzzahliges Vielfaches von diesem betragen. Stimmen die Perioden nicht überein, so erhält man flackernde und laufende Bilder.


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Links stimmen Periodendauer des Sinusmeß- sowie des Sägezahnsignals überein, während sie rechts nicht übereinstimmen.



Triggerung

Damit das ganze auch unabhängig von der Periodendauer funktioniert, wird das Meßsignal getriggert. Triggern heißt soviel wie Auslösen. Die Sägezahnspannung wird erst gestartet, nachdem die Meßspannung einen bestimmten Wert, die sogenannte Triggerschwelle, erreicht. Danach wird die Sägezahnspannung gestartet und der Leuchtpunkt horizontal abgelenkt, bis die Periode der Sägezahnspannung vorbei ist. Danach wird verglichen, ob die Meßspannung die Triggerschwelle erreicht hat. Wenn nicht, dann wird der Leuchtpunkt abgeschaltet (Dunkeltastung). Erst wenn die Meßspannung wieder die Triggerschwelle erreicht hat, wird der Leuchtpunkt eingeschaltet und die Sägezahnspannung gestartet. So erhält man stets ein stillstehendes Bild der Meßspannung.


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Die Sägezahnspannung wird erst gestartet, nachdem das Sinusmeßsignal die Triggerschwelle erreicht hat


Viele Oszilloskope bieten auch die Möglichkeit, als Triggersignal eine externe Spannung zu wählen, die diesem über eine Buchse zugeführt wird.



Die Vertikalverstärker (Y-Verstärker)

Die Beschreibungen weiter oben sind nur stark vereinfacht, denn Meßsignale sind ja immer verschieden groß! Das Meßsignal daher nicht direkt an die Y-Ablenkplatten gelegt, sondern es befindet sich noch ein Verstärker dazwischen - der sogenannte Y-Verstärker - dessen Empfindlichkeit man einstellen kann. Damit können dann Meßsignale mit verschiedenen Spannungen dargestellt werden. Die Einstellungswerte sind in Volt pro Div (Rastereinheit) geeicht. In der Regel in Volt pro cm Bildschirmhöhe. Der Wert 2 V pro Div bedeutet z. B., das der Leuchtpunkt bei einer Meßspannung von 2 V um 1 cm nach oben abgelenkt wird! Ist die Meßspannung deutlich kleiner, z. B. 0,1 V, dann wird die vertikale Auslenkung zu gering sein für eine Messung. In diesem Fall stellt man den Schalter auf einen kleineren Wert, z. B. auf 0,2 V.


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